(新高考)高考物理一輪復(fù)習(xí)課件第14章第2講《固體、液體與氣體》(含解析)

熱學(xué)第十四章第2講固體、液體與氣體主干梳理對(duì)點(diǎn)激活不規(guī)則

確定

各向同性

無(wú)規(guī)則

在一定條件下

食鹽

有規(guī)則地

周期性

有規(guī)則

距離

不同

不同的規(guī)則

流動(dòng)性

規(guī)則排列

晶體的各向異性

溫度范圍

濃度范圍

繃緊

收縮

相切

垂直

浸潤(rùn)

不浸潤(rùn)

3．毛細(xì)現(xiàn)象：浸潤(rùn)液體在細(xì)管中上升的現(xiàn)象，以及不浸潤(rùn)液體在細(xì)管中下降的現(xiàn)象，稱為毛細(xì)現(xiàn)象。熱平衡

t＋273.15K

溫度

反比

壓強(qiáng)

正比

體積

正比

壓強(qiáng)

理想化

不太低

是一定的

就增大

增大

不變

保持不變就增大

一

堵點(diǎn)疏通1．有無(wú)確定的熔點(diǎn)是區(qū)分晶體和非晶體比較準(zhǔn)確的方法。(

)2．液晶具有液體的流動(dòng)性，又具有晶體的光學(xué)各向異性。(

)3．船浮于水面上不是由于液體的表面張力。(

)4．壓強(qiáng)極大的氣體不再遵從氣體實(shí)驗(yàn)定律。(

)5．物理性質(zhì)各向同性的一定是非晶體。(

)6．若液體對(duì)某種固體是浸潤(rùn)的，當(dāng)液體裝在由這種固體物質(zhì)做成的細(xì)管時(shí)，液體跟固體接觸的面積有擴(kuò)大的趨勢(shì)。(

)√

√

√

√

×

√

二

對(duì)點(diǎn)激活1．(人教版選擇性必修第三冊(cè)·P32·實(shí)驗(yàn)改編)(多選)在甲、乙、丙三種固體薄片上涂上石蠟，用燒熱的針接觸石蠟層背面上一點(diǎn)，石蠟熔化的范圍分別如圖(1)、(2)、(3)所示，而甲、乙、丙三種固體在熔化過(guò)程中溫度隨加熱時(shí)間變化的關(guān)系如圖(4)所示。下列判斷正確的是(

)A．甲、乙為非晶體，丙是晶體B．甲、丙為晶體，乙是非晶體C．甲、丙為非晶體，乙是晶體D．甲為多晶體，乙為非晶體，丙為單晶體解析由圖(1)、(2)、(3)可知：甲、乙具有各向同性，丙具有各向異性；由圖(4)可知：甲、丙有固定的熔點(diǎn)，乙無(wú)固定的熔點(diǎn)，所以甲、丙為晶體，乙是非晶體，其中甲為多晶體，丙為單晶體，故B、D正確，A、C錯(cuò)誤。答案解析2．(人教版選擇性必修第三冊(cè)·P38·圖2.5－5改編)(多選)液體表面有一層跟氣體接觸的薄層，叫作表面層；同樣，當(dāng)液體與固體接觸時(shí)，接觸的位置形成一個(gè)液體薄層，叫作附著層。對(duì)于液體在器壁附近的液面發(fā)生彎曲的現(xiàn)象，如圖甲、乙所示，有下列幾種解釋，正確的是(

)A．表面層Ⅰ內(nèi)分子的分布比液體內(nèi)部疏B．表面層Ⅱ內(nèi)分子的分布比液體內(nèi)部密C．附著層Ⅰ內(nèi)的液體和與之接觸的玻璃的相互作用比液體分子之間的相互作用強(qiáng)D．附著層Ⅱ內(nèi)的液體和與之接觸的玻璃的相互作用比液體分子之間的相互作用強(qiáng)答案解析液體表面層中分子間距離r略大于r0，而液體內(nèi)部分子間的距離r略小于r0，故表面層Ⅰ、表面層Ⅱ內(nèi)分子的分布均比液體內(nèi)部稀疏，A正確，B錯(cuò)誤。由甲圖可知，水浸潤(rùn)玻璃，說(shuō)明附著層Ⅰ中的液體和與之接觸的玻璃的相互作用比液體分子之間的相互作用強(qiáng)，C正確；由乙圖可知，附著層Ⅱ內(nèi)的液體和與之接觸的玻璃的相互作用比液體分子之間的相互作用弱，D錯(cuò)誤。解析3．對(duì)一定質(zhì)量的氣體來(lái)說(shuō)，下列幾點(diǎn)能做到的是(

)A．保持壓強(qiáng)和體積不變而改變它的溫度B．保持壓強(qiáng)不變，同時(shí)升高溫度并減小體積C．保持溫度不變，同時(shí)增加體積并減小壓強(qiáng)D．保持體積不變，同時(shí)增加壓強(qiáng)并降低溫度答案解析4.(人教版選擇性必修第三冊(cè)·P30·T3改編)如圖，向一個(gè)空的鋁制飲料罐(即易拉罐)中插入一根透明吸管，接口用蠟密封，在吸管內(nèi)引入一小段油柱(長(zhǎng)度可以忽略)。如果不計(jì)大氣壓的變化，這就是一個(gè)簡(jiǎn)易的氣溫計(jì)。已知鋁罐的容積是360cm3，吸管內(nèi)部粗細(xì)均勻，橫截面積為0.2cm2，吸管的有效長(zhǎng)度為20cm，當(dāng)溫度為25℃時(shí)，油柱離管口10cm。取T＝t＋273K。(1)吸管上標(biāo)刻溫度值時(shí)，刻度是否應(yīng)該均勻？(2)估算這個(gè)氣溫計(jì)的測(cè)量范圍。答案(1)刻度是均勻的(2)23.4～26.6℃答案解析解析考點(diǎn)細(xì)研悟法培優(yōu)考點(diǎn)

1固體和液體的性質(zhì)1.晶體和非晶體(1)單晶體具有各向異性，但不是在各種物理性質(zhì)上都表現(xiàn)出各向異性。多晶體和非晶體具有各向同性。(2)只要是具有各向異性的固體必定是晶體，且是單晶體。(3)只要是具有確定熔點(diǎn)的固體必定是晶體，反之，必是非晶體。(4)晶體和非晶體在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化。2．液體表面張力(1)形成原因在液體內(nèi)部，分子間平均距離r略小于r0，分子間的作用力表現(xiàn)為斥力；在表面層，分子間的距離r略大于分子間的平衡距離r0，分子間的作用力表現(xiàn)為引力。(2)液體表面特性表面層分子間的引力使液面產(chǎn)生了表面張力，使液體表面好像一層繃緊的彈性薄膜。(3)表面張力的方向和液面相切，垂直于液面上的各條分界線。(4)表面張力的效果表面張力使液體表面具有收縮趨勢(shì)，使液體表面積趨于最小，而在體積相同的條件下，球形的表面積最小。(5)表面張力的大小跟邊界線的長(zhǎng)度、液體的種類、溫度都有關(guān)系。3．浸潤(rùn)和不浸潤(rùn)浸潤(rùn)和不浸潤(rùn)也是分子力作用的表現(xiàn)。當(dāng)液體與固體接觸時(shí)，液體和與之接觸的固體的相互作用可能比液體分子之間的相互作用強(qiáng)，也可能比液體分子之間的相互作用弱，這取決于液體、固體兩種物質(zhì)的性質(zhì)。如果液體和與之接觸的固體的相互作用比液體分子之間的相互作用強(qiáng)，則液體能夠浸潤(rùn)固體，反之，則液體不浸潤(rùn)固體。4．毛細(xì)現(xiàn)象由于液體浸潤(rùn)管壁，如細(xì)玻璃管中的水，液面呈如圖形狀。液面邊緣部分的表面張力如圖所示，這個(gè)力使管中液體向上運(yùn)動(dòng)。當(dāng)管中液體上升到一定高度時(shí)，液體所受重力與這個(gè)使它向上的力平衡，液面穩(wěn)定在一定的高度。實(shí)驗(yàn)和理論分析都表明，對(duì)于一定的液體和一定材質(zhì)的管壁，管的內(nèi)徑越細(xì)，液體所能達(dá)到的高度越高。對(duì)于不浸潤(rùn)液體在細(xì)管中下降，也可作類似分析。例1

(多選)下列說(shuō)法正確的是(

)A．多晶體內(nèi)部沿不同方向的等長(zhǎng)線段上微粒的個(gè)數(shù)通常是相等的B．單晶體有固定的熔點(diǎn)，多晶體和非晶體沒(méi)有固定的熔點(diǎn)C．當(dāng)液體與大氣相接觸時(shí)，液體表面層內(nèi)的分子所受其他分子作用力的合力總是指向液體內(nèi)部D．有些晶體在一定條件下可轉(zhuǎn)化為非晶體

(1)多晶體是由什么組成的？提示：多晶體是由許多單晶體雜亂無(wú)章地組合而成的。(2)多晶體有沒(méi)有固定熔點(diǎn)？提示：有。答案嘗試解答選ACD。多晶體是由許多取向雜亂無(wú)章的單晶體組成的，所以多晶體內(nèi)部沿不同方向的等長(zhǎng)線段上微粒的個(gè)數(shù)通常是相等的，A正確；單晶體和多晶體有固定的熔點(diǎn)，非晶體沒(méi)有固定的熔點(diǎn)，B錯(cuò)誤；當(dāng)液體與大氣相接觸時(shí)，液體表面層內(nèi)的分子間距較大，分子所受其他分子作用力的合力總是指向液體內(nèi)部，C正確；天然水晶是晶體，而熔化以后再凝固的水晶(即石英玻璃)是非晶體，D正確。嘗試解答單晶體、多晶體、非晶體的區(qū)別三者的區(qū)別主要在以下三個(gè)方面：有無(wú)規(guī)則的幾何外形；有無(wú)固定的熔點(diǎn)；各向同性還是各向異性。單晶體有規(guī)則的幾何外形；單晶體和多晶體有固定的熔點(diǎn)；多晶體和非晶體表現(xiàn)出各向同性。[變式1－1]

(多選)下列說(shuō)法正確的是(

)A．在毛細(xì)現(xiàn)象中，毛細(xì)管中的液面有的升高，有的降低，這與液體的種類和毛細(xì)管的材質(zhì)有關(guān)B．脫脂棉脫脂的目的在于使它從不被水浸潤(rùn)變?yōu)榭梢员凰?rùn)，以便吸取藥液C．燒熱的針尖接觸涂有蜂蠟薄層的云母片背面，熔化的蜂蠟呈橢圓形，說(shuō)明蜂蠟是晶體D．食鹽受潮后結(jié)成塊，說(shuō)明食鹽從晶體變成非晶體答案解析在毛細(xì)現(xiàn)象中，毛細(xì)管中的液面有的升高，有的降低，這與液體的種類和毛細(xì)管的材質(zhì)有關(guān)，A正確；脫脂棉脫脂的目的在于使它從不被水浸潤(rùn)變?yōu)榭梢员凰?rùn)，以便吸取藥液，B正確；燒熱的針尖接觸涂有蜂蠟薄層的云母片背面，熔化的蜂蠟呈橢圓形，說(shuō)明云母片是單晶體，其導(dǎo)熱性表現(xiàn)為各向異性，C錯(cuò)誤；要判斷一種物質(zhì)是否是晶體，應(yīng)看它是否有確定的熔點(diǎn)，食鹽受潮后結(jié)塊，只是從單晶體變成多晶體，故D錯(cuò)誤。嘗試解答[變式1－2]下列說(shuō)法正確的是(

)A．將一塊晶體敲碎后，得到的小顆粒是非晶體B．液晶都是人工合成的物質(zhì)C．由于水的表面張力作用，即使雨傘上有很多細(xì)小的孔，傘也能達(dá)到遮雨的效果D．水銀對(duì)所有固體都是不浸潤(rùn)的解析晶體敲碎后得到的小顆粒仍然為晶體，故A錯(cuò)誤；天然存在液晶，例如人體組織中也存在液晶結(jié)構(gòu)，故B錯(cuò)誤；雨傘上的孔較小，由于水的表面張力作用，雨水不會(huì)從細(xì)孔中流下，故C正確；水銀浸潤(rùn)鉛，故D錯(cuò)誤。答案解析考點(diǎn)

2氣體壓強(qiáng)的理解及計(jì)算1.氣體壓強(qiáng)的決定因素(1)宏觀上：對(duì)于一定質(zhì)量的理想氣體，決定于氣體的溫度和體積。(2)微觀上：決定于氣體分子的平均動(dòng)能和氣體分子的數(shù)密度。2．封閉氣體壓強(qiáng)的計(jì)算方法(1)平衡狀態(tài)下氣體壓強(qiáng)的求法①液面法：選取合理的液面為研究對(duì)象，分析液面兩側(cè)受力情況，建立平衡方程，消去面積，得到液面兩側(cè)壓強(qiáng)相等的方程，求得氣體的壓強(qiáng)。如圖甲中選與虛線等高的左管中液面為研究對(duì)象。③平衡法：選取與氣體接觸的液柱(或活塞、汽缸)為研究對(duì)象進(jìn)行受力分析，得到液柱(或活塞、汽缸)的受力平衡方程，求得氣體的壓強(qiáng)。如圖乙選活塞、圖丙選液柱進(jìn)行受力分析。(2)加速運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中封閉氣體壓強(qiáng)的求法選取與氣體接觸的液柱(或活塞、汽缸)為研究對(duì)象，進(jìn)行受力分析(特別注意內(nèi)、外氣體的壓力)，利用牛頓第二定律列方程求解。例2

(1)(2020·河北省衡水中學(xué)三月份教學(xué)質(zhì)量監(jiān)測(cè))汽缸的橫截面積為S，質(zhì)量為m的梯形活塞上面是水平的，下面與右側(cè)豎直方向的夾角為α，如圖甲所示，當(dāng)活塞上放質(zhì)量為M的重物時(shí)處于靜止?fàn)顟B(tài)。設(shè)外部大氣壓強(qiáng)為p0，若活塞與缸壁之間無(wú)摩擦。重力加速度為g，求汽缸中氣體的壓強(qiáng)。(2)如圖乙、丙中兩個(gè)汽缸質(zhì)量均為M，內(nèi)部橫截面積均為S，兩個(gè)活塞的質(zhì)量均為m，左邊的汽缸靜止在水平面上，右邊的活塞和汽缸豎直懸掛在天花板下。不計(jì)活塞與汽缸壁之間的摩擦，兩個(gè)汽缸內(nèi)分別封閉有一定質(zhì)量的空氣A、B，大氣壓為p0，重力加速度為g，求封閉氣體A、B的壓強(qiáng)各多大？(3)(2020·山東省濱州市三模)如圖丁所示，一導(dǎo)熱良好的足夠長(zhǎng)汽缸水平放置在光滑水平桌面上，桌面足夠高，汽缸內(nèi)有一活塞封閉了一定質(zhì)量的理想氣體。一足夠長(zhǎng)輕繩跨過(guò)定滑輪，一端連接在活塞上，另一端掛一鉤碼，滑輪與活塞間的輕繩與桌面平行，不計(jì)一切摩擦。已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間，大氣壓為p0，鉤碼質(zhì)量為m1，活塞質(zhì)量為m2，汽缸質(zhì)量為m3，活塞橫截面積為S。則釋放鉤碼，汽缸穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，汽缸內(nèi)理想氣體的壓強(qiáng)為_(kāi)_______。A

嘗試解答嘗試解答嘗試解答封閉氣體壓強(qiáng)的求解思路封閉氣體的壓強(qiáng)，不僅與氣體的狀態(tài)變化有關(guān)，還與相關(guān)的液柱、活塞、汽缸等物體的受力情況和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)。解決這類問(wèn)題的關(guān)鍵是要明確研究對(duì)象，然后分析研究對(duì)象的受力情況，再根據(jù)運(yùn)動(dòng)情況，列出關(guān)于研究對(duì)象的力學(xué)方程，然后解方程，就可求得封閉氣體的壓強(qiáng)。[變式2－1]

(2020·北京市西城區(qū)一模)關(guān)于氣體的壓強(qiáng)，下列說(shuō)法正確的是(

)A．單位體積內(nèi)的分子數(shù)越多，氣體的壓強(qiáng)就越大B．分子的平均動(dòng)能越小，氣體的壓強(qiáng)就越小C．一定質(zhì)量的理想氣體，體積越大，溫度越低，氣體的壓強(qiáng)就越小D．一定質(zhì)量的理想氣體，體積越大，溫度越高，氣體的壓強(qiáng)就越大答案解析[變式2－2]若已知大氣壓強(qiáng)為p0，如圖所示各裝置均處于靜止?fàn)顟B(tài)，圖中液體密度均為ρ，重力加速度為g，求被封閉氣體的壓強(qiáng)。答案解析答案考點(diǎn)

3氣體實(shí)驗(yàn)定律及理想氣體狀態(tài)方程的應(yīng)用利用氣體實(shí)驗(yàn)定律、理想氣體狀態(tài)方程解決問(wèn)題的基本思路(1)選對(duì)象：確定研究對(duì)象，一般地說(shuō)，研究對(duì)象分兩類：一類是熱學(xué)研究對(duì)象(一定質(zhì)量的理想氣體)；另一類是力學(xué)研究對(duì)象(汽缸、活塞、液柱或某系統(tǒng))。(2)找參量：分析物理過(guò)程，對(duì)熱學(xué)研究對(duì)象分析清楚初、末狀態(tài)及狀態(tài)變化過(guò)程；對(duì)力學(xué)研究對(duì)象往往需要進(jìn)行受力分析，依據(jù)力學(xué)規(guī)律(平衡條件或牛頓第二定律)確定壓強(qiáng)。(3)列方程：挖掘題目的隱含條件，如幾何關(guān)系等，列出輔助方程；依據(jù)氣體實(shí)驗(yàn)定律或理想氣體狀態(tài)方程列出方程。注意：分析氣體狀態(tài)變化過(guò)程應(yīng)注意以下幾方面：①?gòu)牧W(xué)的角度分析壓強(qiáng)，判斷是否屬于等壓過(guò)程。②如果題目條件是緩慢壓縮導(dǎo)熱良好的汽缸中的氣體，且環(huán)境溫度不變，意味著氣體是等溫變化。③底部連通的容器內(nèi)靜止的液體，同種液體在同一水平面上各處壓強(qiáng)相等。④當(dāng)液體為水銀時(shí)，可靈活應(yīng)用壓強(qiáng)單位“cmHg”，使計(jì)算過(guò)程簡(jiǎn)捷。(1)如何確定液體流入后上、下兩部分的氣體體積？

(2)液體流入后，上、下兩部分氣體的壓強(qiáng)有何關(guān)系？提示：p2S＝p1S＋mg。嘗試解答嘗試解答處理“多個(gè)封閉氣體”相互關(guān)聯(lián)問(wèn)題的技巧(1)分別研究各部分氣體，分析它們的初狀態(tài)和末狀態(tài)的參量。(2)找出它們各自遵循的規(guī)律，并寫出相應(yīng)的方程。(3)找出各部分氣體之間壓強(qiáng)或體積的關(guān)系式。(4)聯(lián)立求解。對(duì)求解的結(jié)果注意分析合理性。[變式3－1]

(2020·廣東省廣州市二模)如圖所示，長(zhǎng)為L(zhǎng)、橫截面積為S、質(zhì)量為m的筒狀小瓶，底朝上漂浮在某液體中。平衡時(shí)，瓶?jī)?nèi)空氣柱長(zhǎng)為0.21L，瓶?jī)?nèi)、外液面高度差為0.10L；再在瓶底放上一質(zhì)量為m的物塊，平衡時(shí)，瓶底恰好和液面相平。已知重力加速度為g，系統(tǒng)溫度不變，瓶壁和瓶底厚度可忽略。求：(1)液體密度ρ；(2)大氣壓強(qiáng)p0。答案解析答案(1)297K

(2)326.7K[變式3－2]

(2020·福建省莆田市高三第二次質(zhì)量檢測(cè))如圖是某科技創(chuàng)新小組自制的一個(gè)監(jiān)控氣溫的報(bào)警裝置，在板上固定一個(gè)開(kāi)口向右、導(dǎo)熱性能良好的汽缸(足夠長(zhǎng))，用一輕質(zhì)活塞將一定質(zhì)量的理想氣體封閉在汽缸內(nèi)，汽缸右側(cè)固定一個(gè)帶壓力傳感器的警報(bào)器A。當(dāng)汽缸內(nèi)溫度為270K時(shí)，活塞到警報(bào)器的距離L1＝3cm，到汽缸底部的距離L2＝30cm。當(dāng)警報(bào)器受到的壓力為10N時(shí)開(kāi)始報(bào)警。已知大氣壓強(qiáng)p0恒為1.0×105Pa，活塞橫截面積S＝10cm2，不計(jì)活塞厚度及一切摩擦。求：(1)活塞剛好碰到傳感器時(shí)的環(huán)境溫度；(2)開(kāi)始報(bào)警的溫度。答案解析例4

(2020·海南省3月月考)如圖所示是一定質(zhì)量的理想氣體的壓強(qiáng)和攝氏溫度的關(guān)系圖像，氣體由狀態(tài)a變化到狀態(tài)b的過(guò)程中，氣體的體積(

)A．一直增大B．一直減小C．保持不變D．先變大后變小答案

(1)題目中的圖像表示的是等容變化嗎？提示：不是。(2)如何作過(guò)a、b點(diǎn)的等容線？提示：過(guò)a、b點(diǎn)的等容線的延長(zhǎng)線與t軸交于同一點(diǎn)，且該點(diǎn)的溫度為－273.15℃。嘗試解答氣體狀態(tài)變化的圖像問(wèn)題的解題技巧(1)明確點(diǎn)、線的物理意義：求解氣體狀態(tài)變化的圖像問(wèn)題，應(yīng)當(dāng)明確圖像上的點(diǎn)表示一定質(zhì)量的理想氣體的一個(gè)平衡狀態(tài)，它對(duì)應(yīng)著三個(gè)狀態(tài)參量；圖像上的某一條直線段或曲線段表示一定質(zhì)量的理想氣體狀態(tài)變化的一個(gè)過(guò)程。(2)明確圖像斜率的物理意義：在V－T圖像(p－T圖像)中，比較兩個(gè)狀態(tài)的壓強(qiáng)(或體積)大小，可以比較這兩個(gè)狀態(tài)點(diǎn)與原點(diǎn)連線的斜率的大小，其規(guī)律是：斜率越大，壓強(qiáng)(或體積)越小；斜率越小，壓強(qiáng)(或體積)越大。(3)明確圖像面積的物理意義：在p－V圖像中，p－V圖線與V軸所圍圖形的面積表示氣體對(duì)外界或外界對(duì)氣體所做的功。[變式4－1]

(2020·北京高考)如圖所示，一定量的理想氣體從狀態(tài)A開(kāi)始，經(jīng)歷兩個(gè)過(guò)程，先后到達(dá)狀態(tài)B和C。有關(guān)A、B和C三個(gè)狀態(tài)溫度TA、TB和TC的關(guān)系，正確的是(

)A．TA＝TB，TB＝TCB．TA<TB，TB<TCC．TA＝TC，TB>TCD．TA＝TC，TB<TC答案解析[變式4－2]

(2019·全國(guó)卷Ⅱ)如p-V圖所示，1、2、3三個(gè)點(diǎn)代表某容器中一定量理想氣體的三個(gè)不同狀態(tài)，對(duì)應(yīng)的溫度分別是T1、T2、T3。用N1、N2、N3分別表示這三個(gè)狀態(tài)下氣體分子在單位時(shí)間內(nèi)撞擊容器壁上單位面積的平均次數(shù)，則N1________N2，T1________T3，N2________N3。(填“大于”“小于”或“等于”)大于

等于

大于

解析考點(diǎn)

5變質(zhì)量氣體問(wèn)題分析變質(zhì)量氣體問(wèn)題時(shí)，要通過(guò)巧妙地選擇研究對(duì)象，使變質(zhì)量氣體問(wèn)題轉(zhuǎn)化為定質(zhì)量氣體問(wèn)題，用氣體實(shí)驗(yàn)定律求解。1．打氣問(wèn)題：選擇原有氣體和即將充入的氣體整體作為研究對(duì)象，就可把充氣過(guò)程中氣體質(zhì)量變化問(wèn)題轉(zhuǎn)化為定質(zhì)量氣體的狀態(tài)變化問(wèn)題。2．抽氣問(wèn)題：將每次抽氣過(guò)程中抽出的氣體和剩余氣體整體作為研究對(duì)象，質(zhì)量不變，故抽氣過(guò)程可以看成是定質(zhì)量氣體狀態(tài)變化過(guò)程。3．灌氣問(wèn)題：把大容器中的剩余氣體和多個(gè)小容器中的氣體整體作為研究對(duì)象，可將變質(zhì)量問(wèn)題轉(zhuǎn)化為定質(zhì)量問(wèn)題。4．漏氣問(wèn)題：選容器內(nèi)剩余氣體和漏出氣體整體作為研究對(duì)象，便可使變質(zhì)量問(wèn)題變成定質(zhì)量問(wèn)題。例5

(2020·東北三省四市教研聯(lián)合體模擬)如圖所示，A、B是兩只容積為V的容器，C是用活塞密封的氣筒，它的工作體積為0.5V，C與A、B通過(guò)兩只單向進(jìn)氣閥a、b相連，當(dāng)氣筒抽氣時(shí)a打開(kāi)、b關(guān)閉，當(dāng)氣筒打氣時(shí)b打開(kāi)、a關(guān)閉。最初A、B兩容器內(nèi)氣體的壓強(qiáng)均為大氣壓強(qiáng)p0，活塞位于氣筒C的最右側(cè)。(氣筒與容器間連接處的體積不計(jì)，氣體溫度保持不變)求：(1)以工作體積完成第一次抽氣后氣筒C內(nèi)氣體的壓強(qiáng)p1；(2)現(xiàn)在讓活塞以工作體積完成抽氣、打氣各2次后，A、B容器內(nèi)的氣體壓強(qiáng)之比。

(1)抽氣的過(guò)程選誰(shuí)為研究對(duì)象？提示：A和C內(nèi)的氣體。(2)打氣的過(guò)程選誰(shuí)為研究對(duì)象？提示：C和B內(nèi)的氣體。嘗試解答(2)第一次打氣，有p0V＝p2V1,0.5p1V＝p2V2，其中V1＋V2＝V，整理得p0V＋0.5p1V＝p2V第二次抽氣，有p1V＝pA(0.5＋1)V同理，第二次打氣，有p2V＋0.5pAV＝pBV解得pA∶pB＝2∶7。嘗試解答解決變質(zhì)量問(wèn)題的通用方法通過(guò)巧妙選取合適的研究對(duì)象，使這類問(wèn)題轉(zhuǎn)化為定質(zhì)量的氣體問(wèn)題，從而利用氣體實(shí)驗(yàn)定律或理想氣體狀態(tài)方程解決。[變式5－1]

(2020·山東省第一次仿真聯(lián)考)醫(yī)用氧氣鋼瓶的容積V0＝40L，室內(nèi)常溫下充裝氧氣后，氧氣鋼瓶?jī)?nèi)部壓強(qiáng)p1＝140atm，釋放氧氣時(shí)瓶?jī)?nèi)壓強(qiáng)不能低于p2＝2atm。病人一般在室內(nèi)常溫下吸氧時(shí)，每分鐘需要消耗1atm下2L氧氣，室內(nèi)常溫下，一瓶氧氣能供一個(gè)病人吸氧的最長(zhǎng)時(shí)間為(

)A．23小時(shí)

B．33.5小時(shí)C．46小時(shí)

D．80小時(shí)答案解析[變式5－2]

(2019·全國(guó)卷Ⅰ)熱等靜壓設(shè)備廣泛應(yīng)用于材料加工中。該設(shè)備工作時(shí)，先在室溫下把惰性氣體用壓縮機(jī)壓入到一個(gè)預(yù)抽真空的爐腔中，然后爐腔升溫，利用高溫高氣壓環(huán)境對(duì)放入爐腔中的材料加工處理，改善其性能。一臺(tái)熱等靜壓設(shè)備的爐腔中某次放入固體材料后剩余的容積為0.13m3，爐腔抽真空后，在室溫下用壓縮機(jī)將10瓶氬氣壓入到爐腔中。已知每瓶氬氣的容積為3.2×10－2m3，使用前瓶中氣體壓強(qiáng)為1.5×107Pa，使用后瓶中剩余氣體壓強(qiáng)為2.0×106Pa；室溫溫度為27℃。氬氣可視為理想氣體。(1)求壓入氬氣后爐腔中氣體在室溫下的壓強(qiáng)；(2)將壓入氬氣后的爐腔加熱到1227℃，求此時(shí)爐腔中氣體的壓強(qiáng)。答案(1)3.2×107Pa

(2)1.6×108Pa解析(1)設(shè)初始時(shí)每瓶氣體的體積為V0，壓強(qiáng)為p0；使用后瓶中剩余氣體的壓強(qiáng)為p1。假設(shè)體積為V0、壓強(qiáng)為p0的氣體壓強(qiáng)變?yōu)閜1時(shí)，其體積膨脹為V1。由玻意耳定律有p0V0＝p1V1 ①每瓶被壓入進(jìn)爐腔的氣體在室溫和壓強(qiáng)為p1條件下的體積為V1′＝V1－V0 ②設(shè)10瓶氣體壓入爐腔后爐腔中氣體的壓強(qiáng)為p2，體積為V2。由玻意耳定律有p2V2＝10p1V1′ ③聯(lián)立①②③式并代入題給數(shù)據(jù)得p2＝3.2×107Pa。

④答案解析解析高考模擬隨堂集訓(xùn)答案解析2．(2020·全國(guó)卷Ⅱ)潛水鐘是一種水下救生設(shè)備，它是一個(gè)底部開(kāi)口、上部封閉的容器，外形與鐘相似。潛水鐘在水下時(shí)其內(nèi)部上方空間里存有空氣，以滿足潛水員水下避險(xiǎn)的需要。為計(jì)算方便，將潛水鐘簡(jiǎn)化為截面積為S、高度為h、開(kāi)口向下的圓筒；工作母船將潛水鐘由水面上方開(kāi)口向下吊放至深度為H的水下，如圖所示。已知水的密度為ρ，重力加速度大小為g，大氣壓強(qiáng)為p0，H?h，忽略溫度的變化和水密度隨深度的變化。(1)求進(jìn)入圓筒內(nèi)水的高度l；(2)保持H不變，壓入空氣使筒內(nèi)的水全部排出，求壓入的空氣在其壓強(qiáng)為p0時(shí)的體積。答案解析解析3．(2020·全國(guó)卷Ⅲ)如圖，兩側(cè)粗細(xì)均勻、橫截面積相等、高度均為H＝18cm的U形管，左管上端封閉，右管上端開(kāi)口。右管中有高h(yuǎn)0＝4cm的水銀柱，水銀柱上表面離管口的距離l＝12cm。管底水平段的體積可忽略。環(huán)境溫度為T1＝283K，大氣壓強(qiáng)p0＝76cmHg。答案(1)12.9cm

(2)363K答案(1)現(xiàn)從右側(cè)端口緩慢注入水銀(與原水銀柱之間無(wú)氣隙)，恰好使水銀柱下端到達(dá)右管底部。此時(shí)水銀柱的高度為多少？(2)再將左管中密封氣體緩慢加熱，使水銀柱上表面恰與右管口平齊，此時(shí)密封氣體的溫度為多少？解析解析(1)設(shè)密封氣體初始體積為V1，壓強(qiáng)為p1，密封氣體先經(jīng)等溫壓縮過(guò)程體積變?yōu)閂2，壓強(qiáng)變?yōu)閜2，由玻意耳定律有p1V1＝p2V2 ①設(shè)注入水銀后水銀柱高度為h，水銀的密度為ρ，左、右管的橫截面積均為S，由題設(shè)條件有p1＝p0＋ρgh0 ②p2＝p0＋ρgh

③V1＝(2H－l－h(huán)0)S，V2＝HS ④聯(lián)立①②③④式并代入題給數(shù)據(jù)得h≈12.9cm。

⑤解析答案解析解析5．(2019·全國(guó)卷Ⅱ)如圖，一容器由橫截面積分別為2S和S的兩個(gè)汽缸連通而成，容器平放在水平地面上，汽缸內(nèi)壁光滑。整個(gè)容器被通過(guò)剛性桿連接的兩活塞分隔成三部分，分別充有氫氣、空氣和氮?dú)?。平衡時(shí)，氮?dú)獾膲簭?qiáng)和體積分別為p0和V0，氫氣的體積為2V0，空氣的壓強(qiáng)為p。現(xiàn)緩慢地將中部的空氣全部抽出，抽氣過(guò)程中氫氣和氮?dú)獾臏囟缺３植蛔儯钊麤](méi)有到達(dá)兩汽缸的連接處，求：(1)抽氣前氫氣的壓強(qiáng)；(2)抽氣后氫氣的壓強(qiáng)和體積。答案解析6．(2019·全國(guó)卷Ⅲ)如圖，一粗細(xì)均勻的細(xì)管開(kāi)口向上豎直放置，管內(nèi)有一段高度為2.0cm的水銀柱，水銀柱下密封了一定量的理想氣體，水銀柱上表面到管口的距離為2.0cm。若將細(xì)管倒置，水銀柱下表面恰好位于管口處，且無(wú)水銀滴落，管內(nèi)氣體溫度與環(huán)境溫度相同。已知大氣壓強(qiáng)為76cmHg，環(huán)境溫度為296K。(1)求細(xì)管的長(zhǎng)度；(2)若在倒置前，緩慢加熱管內(nèi)被密封的氣體，直到水銀柱的上表面恰好與管口平齊為止，求此時(shí)密封氣體的溫度。答案(1)41cm

(2)312K答案解析(1)設(shè)細(xì)管的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，橫截面的面積為S，水銀柱高度為h；初始時(shí)，設(shè)水銀柱上表面到管口的距離為h1，被密封氣體的體積為V，壓強(qiáng)為p；細(xì)管倒置時(shí)，被密封氣體的體積為V1，壓強(qiáng)為p1。由玻意耳定律有pV＝p1V1 ①由力的平衡條件有pS＝p0S＋ρghS

②p1S＋ρghS＝p0S ③式中，ρ、g分別為水銀的密度和重力加速度的大小，p0為大氣壓強(qiáng)。由題意有V＝S(L－h(huán)1－h(huán)) ④V1＝S(L－h(huán)) ⑤由①②③④⑤式和題給數(shù)據(jù)得L＝41cm ⑥解析解析7．(2017·全國(guó)卷Ⅰ)如圖，容積均為V的汽缸A、B下端有細(xì)管(容積可忽略)連通，閥門K2位于細(xì)管的中部，A、B的頂部各有一閥門K1、K3；B中有一可自由滑動(dòng)的活塞(質(zhì)量、體積均可忽略)。初始時(shí)，三個(gè)閥門均打開(kāi)，活塞在B的底部；關(guān)閉K2、K3，通過(guò)K1給汽缸充氣，使A中氣體的壓強(qiáng)達(dá)到大氣壓p0的3倍后關(guān)閉K1。已知室溫為27℃，汽缸導(dǎo)熱。答案(1)打開(kāi)K2，求穩(wěn)定時(shí)活塞上方氣體的體積和壓強(qiáng)；(2)接著打開(kāi)K3，求穩(wěn)定時(shí)活塞的位置；(3)再緩慢加熱汽缸內(nèi)氣體使其溫度升高20℃，求此時(shí)活塞下方氣體的壓強(qiáng)。解析解析8．(2017·全國(guó)卷Ⅱ)一熱氣球體積為V，內(nèi)部充有溫度為Ta的熱空氣，氣球外冷空氣的溫度為Tb。已知空氣在1個(gè)大氣壓、溫度為T0時(shí)的密度為ρ0，該氣球內(nèi)、外的氣壓始終都為1個(gè)大氣壓，重力加速度大小為g。(1)求該熱氣球所受浮力的大小；(2)求該熱氣球內(nèi)空氣所受的重力；(3)設(shè)充氣前熱氣球的質(zhì)量為m0，求充氣后它還能托起的最大質(zhì)量。答案解析解析課時(shí)作業(yè)一、選擇題(本題共5小題，每小題8分，共40分。其中1～3題為單選，4～5題為多選)1.(2020·北京市西城區(qū)模擬)一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a開(kāi)始，經(jīng)歷ab、bc、ca三個(gè)過(guò)程回到原狀態(tài)，其p-T圖像如圖所示，下列判斷正確的是(

)A．狀態(tài)a的體積小于狀態(tài)b的體積B．狀態(tài)b的體積小于狀態(tài)c的體積C．狀態(tài)a分子的平均動(dòng)能最大D．狀態(tài)c分子的平均動(dòng)能最小答案解析2．(2020·天津市南開(kāi)中學(xué)模擬)民間常用“拔火罐”來(lái)治療某些疾病，方法是將點(diǎn)燃的紙片放入一個(gè)小罐內(nèi)，當(dāng)紙片燃燒完時(shí)，迅速將火罐開(kāi)口端緊壓在皮膚上，火罐就會(huì)緊緊地被“吸”在皮膚上。其原因是，當(dāng)火罐內(nèi)的氣體(

)A．溫度不變時(shí)，體積減小，壓強(qiáng)增大B．體積不變時(shí)，溫度降低，壓強(qiáng)減小C．壓強(qiáng)不變時(shí)，溫度降低，體積減小D．質(zhì)量不變時(shí)，壓強(qiáng)增大，體積減小答案解析把罐扣在皮膚上，罐內(nèi)空氣的體積等于火罐的容積，體積不變，氣體經(jīng)過(guò)熱傳遞，溫度不斷降低，氣體發(fā)生等容變化，由查理定律可知，氣體壓強(qiáng)減小，火罐內(nèi)氣體壓強(qiáng)小于外界大氣壓，大氣壓就將火罐緊緊地壓在皮膚上，故B正確，A、C、D錯(cuò)誤。解析3．(2020·北京市東城區(qū)校級(jí)三模)關(guān)于固體、液體，下列說(shuō)法正確的是(

)A．晶體沒(méi)有確定的熔點(diǎn)，非晶體有確定的熔點(diǎn)B．液晶既具有液體的流動(dòng)性，又像某些晶體那樣具有光學(xué)各向異性C．液體的表面張力使液體表面具有擴(kuò)張趨勢(shì)，使液體表面積趨于最大D．發(fā)生毛細(xì)現(xiàn)象時(shí)，細(xì)管中的液體只能上升不會(huì)下降答案解析晶體有確定的熔點(diǎn)，非晶體沒(méi)有確定的熔點(diǎn)，A錯(cuò)誤。由液晶的性質(zhì)知，它既具有液體的流動(dòng)性，又像某些晶體那樣具有光學(xué)各向異性，B正確。液體的表面張力使液體表面具有收縮的趨勢(shì)，使液體表面積趨于最小，故C錯(cuò)誤。毛細(xì)管插入液體中，當(dāng)液體浸潤(rùn)毛細(xì)管時(shí)，管內(nèi)液面上升，高于管外；當(dāng)液體不浸潤(rùn)毛細(xì)管時(shí)，管內(nèi)液面下降，低于管外，故D錯(cuò)誤。解析4．(2020·寧夏銀川九中、石嘴山三中、平羅中學(xué)三校聯(lián)考改編)下列說(shuō)法正確的是(

)A．即使水凝結(jié)成冰后，水分子的熱運(yùn)動(dòng)也不會(huì)停止B．將一塊晶體敲碎，得到的小顆粒也是晶體C．由同種元素構(gòu)成的固體，可能會(huì)由于原子的排列方式不同而成為不同的晶體D．在熔化過(guò)程中，晶體要吸收熱量，但溫度保持不變，內(nèi)能也保持不變答案解析水結(jié)成冰后，水分子的熱運(yùn)動(dòng)也不會(huì)停止，A正確；將一塊晶體敲碎不改變其性質(zhì)，因此得到的小顆粒還是晶體，B正確；由同種元素構(gòu)成的固體，可能會(huì)由于原子的排列方式不同而成為不同的晶體，如石墨和金剛石，C正確；晶體在熔化過(guò)程中吸熱，溫度保持不變，則分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能不變，吸收的熱量使分子勢(shì)能發(fā)生了變化，因此其內(nèi)能發(fā)生了變化，D錯(cuò)誤。解析A．只對(duì)氣柱L1加熱，則氣柱L1長(zhǎng)度變大，氣柱L2長(zhǎng)度不變B．只對(duì)氣柱L2加熱，則h不變，氣柱L2長(zhǎng)度減小C．若在右管中注入一些水銀，氣柱L1長(zhǎng)度將增大D．對(duì)氣柱L1、L2同時(shí)加熱，則氣柱L1、L2長(zhǎng)度均增大5.(2020·山東省泰安市肥城市適應(yīng)性訓(xùn)練)如圖所示，足夠長(zhǎng)U形管豎直放置，左右兩側(cè)分別用水銀封有L1、L2兩部分氣體，則下列陳述中正確的是(

)答案解析只對(duì)氣柱L1加熱，假設(shè)其體積不變，由查理定律知其壓強(qiáng)增大，所以假設(shè)不成立，L1長(zhǎng)度將增大，氣柱L2壓強(qiáng)和溫度保持不變，則其長(zhǎng)度不變，故A正確；只對(duì)L2加熱，氣柱L2做等壓變化，由蓋—呂薩克定律知，溫度升高，體積增大，故氣柱L2長(zhǎng)度增大，由于氣柱L2的壓強(qiáng)不變，則h不變，故B錯(cuò)誤；若在右管中注入一些水銀，L2壓強(qiáng)增大，假設(shè)L1的體積不變，因L1的壓強(qiáng)與h長(zhǎng)度的水銀柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)之和隨之增大，則L1的壓強(qiáng)增大，根據(jù)玻意耳定律得L1長(zhǎng)度將減小，故假設(shè)不成立，C錯(cuò)誤；對(duì)氣柱L1、L2同時(shí)加熱，L2壓強(qiáng)不變，由蓋—呂薩克定律可知L2長(zhǎng)度增大，假設(shè)L1體積不變，由查理定律可知，L1的壓強(qiáng)增大，故假設(shè)不成立，L1長(zhǎng)度增大、h減小，故D正確。解析解析由于隨著瓶中熱水溫度降低，瓶?jī)?nèi)氣體溫度降低，則瓶?jī)?nèi)氣體分子平均動(dòng)能減小，分子平均速率減小，則在其他條件不變的情況下，單位時(shí)間內(nèi)瓶蓋受到瓶?jī)?nèi)氣體分子的撞擊次數(shù)減少，從而導(dǎo)致瓶?jī)?nèi)氣體的壓強(qiáng)變小，瓶蓋變緊。二、非選擇題(本題共6小題，共60分)6．(2021·八省聯(lián)考廣東卷)(6分)某學(xué)生在水瓶中裝入半瓶熱水，蓋緊瓶蓋，一段時(shí)間后，該同學(xué)發(fā)現(xiàn)瓶蓋變緊。其本質(zhì)原因是單位時(shí)間內(nèi)瓶蓋受到瓶?jī)?nèi)氣體分子的撞擊次數(shù)________(選填“增加”“減少”或“不變”)，瓶?jī)?nèi)氣體分子平均動(dòng)能________(選填“增大”“減小”或“不變”)。解析減少

減小

7.(2021·山東省青島市高三(上)期末教學(xué)質(zhì)量檢測(cè))(9分)物理課堂上，老師帶領(lǐng)學(xué)生演示了“馬德堡半球?qū)嶒?yàn)”。老師取兩個(gè)在碗底各焊接了鐵環(huán)的不銹鋼碗，讓兩只碗口正對(duì)但不接觸，點(diǎn)燃一張紙放到碗內(nèi)，然后迅速把兩只碗扣在一起，再在碗的外面澆水，使其冷卻到環(huán)境溫度。在兩碗底的鐵環(huán)上拴上兩根繩子，讓兩組同學(xué)朝相反的方向水平拉繩，試圖把兩個(gè)碗拉開(kāi)，結(jié)果當(dāng)兩組同學(xué)各增加到5人時(shí)，才把碗拉開(kāi)。已知碗口的直徑為20cm，環(huán)境溫度為27℃，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中碗不變形，也不漏氣，每個(gè)人平均拉力為F＝200N，大氣壓強(qiáng)p0＝1×105Pa。求：(1)兩只碗剛扣在一起時(shí)，碗內(nèi)空氣的溫度為多少攝氏度？(2)兩只碗剛扣在一起后，碗內(nèi)剩余空氣質(zhì)量與碗內(nèi)最初空氣質(zhì)量的比值。答案解析答案(1)167℃

(2)0.68解析8．(2021·八省聯(lián)考河北卷)(9分)“天問(wèn)1號(hào)”的發(fā)射開(kāi)啟了我國(guó)探測(cè)火星的征程。設(shè)想將圖中所示的粗細(xì)均勻、導(dǎo)熱良好、右端封閉有一定質(zhì)量理想氣體的“U”形管帶往火星表面?！癠”形管分別在地球和火星表面某時(shí)某地豎直放置時(shí)的相關(guān)參數(shù)如表所示。地球火星重力加速度g0.38g環(huán)境溫度T地＝300KT火＝280K大氣壓強(qiáng)p地＝76.0cmHgp火封閉氣柱長(zhǎng)度l地＝19.0cml火＝56.0cm水銀柱高度差h地＝73.0cmh火求：(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)(1)火星表面高1m的水銀柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)相當(dāng)于地球表面多高水柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)。已知ρ水銀＝13.6×103kg/m3，ρ水＝1.0×103kg/m3；(2)火星表面的大氣壓強(qiáng)p火。答案(1)5.2m

(2)0.57cmHg答案解析解析9．(2020·湖南省永州市培優(yōu)信息卷)(12分)如圖所示，將橫截面積S＝100cm2、容積為V＝5L、開(kāi)口向上的導(dǎo)熱良好的汽缸，置于t1＝－13℃的環(huán)境中。用厚度不計(jì)的輕質(zhì)活塞將體積為V1＝4L的理想氣體封閉在汽缸中，汽缸底部有一個(gè)單向閥門N。外界大氣壓強(qiáng)p0＝1.0×105Pa，重力加速度g＝10m/s2，不計(jì)一切摩擦，取T＝t＋273K。求：(1)將活塞用卡銷Q鎖定，用打氣筒通過(guò)閥門N給汽缸充氣，每次可將體積V0＝100mL、壓強(qiáng)為p0的理想氣體全部打入汽缸中，則打氣多少次，才能使其內(nèi)部壓強(qiáng)達(dá)到1.2p0?(2)當(dāng)汽缸內(nèi)氣體壓強(qiáng)達(dá)到1.2p0時(shí)，停